Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

 

Мощность и крутящий момент – общие положения

Высокая мощность и крутящий момент при низком расходе топлива — вот особенность, которая характерна для современных автомобилей. Как достичь этой цели? Мощность P зависит от оборотов коленчатого вала двигателя n и крутящего момента M. Мощность повышается при увеличении крутящего момента или оборотов двигателя. Силы, возникающие при движении деталей двигателя (поршень, шатун, коленчатый вал), не позволяют бесконечно увеличивать обороты двигателя. Дальнейшее увеличение мощности воз-

можно только за счет увеличения крутящего момента. Чтобы повысить крутящий момент, можно увеличить рабочий объем двигателя или степень сжатия. Фактором, сдерживающим развитие современных технологий, является то, что большая часть налога на транспортные средства зависит от рабочего объема двигателя. Таким образом, при поиске путей увеличения эффективных показателей двигателя, специалисты вынуждены оставлять рабочий объем неизменным. Задача заключается в получении “более высокой” кривой характеристики крутящего момента. Максимальный крутящий момент достигается при обеспечении наиболее полного сгорания рабочей смеси в оптимальный момент времени. Для полного сгорания необходимо определенное соотношение между воздухом и топливом. При любых оборотах в двигатель должно подаваться оптимальное количество воздуха.

 

 

 

P =M • n  [kW]

     9550 

 

P = Мощность [кВт]

M = Крутящий момент [Нм]

n = Обороты двигателя [об/мин.]

 

Коэффициент 9550 подставляется в формулу, когда n выражается в об/мин, а M в Нм. P получают в кВт.

 

 

 

 

Зона повышенного давления (волна) проходит через каналы впускного коллектора, обеспечивающие волновое движение потока воздуха и с усилием подает воздушную массу через отверстие впускного клапана в цилиндр. Это происходит до тех пор, пока давление перед впускным клапаном и давление в цилиндре не сравняются. Потока в обратном направлении при инерционном наддуве удается избежать благодаря закрытию впускного клапана.

Длина впускного тракта от клапана до входа в коллектор равна s. Волне (зоне вакуума или повышенного давления) требуется время t (в миллисекундах) для преодоления этого расстояния. Волны всегда движутся со скоростью звука v. Скорость v не меняется, она всегда постоянна. Поскольку расстояние s также не меняется, то время t также остается постоянным.

Временной интервал, при котором впускной клапан открыт, зависит от оборотов двигателя. Это означает, что при увеличении оборотов двигателя, временной интервал, за который воздух через открытый впускной клапан может проникнуть в цилиндр, обязательно будет короче. Таким образом, при высоких оборотах двигателя, подошедшая волна (зона повышенного давления) может оказаться перед уже закрытым впускным клапаном.

Для того, чтобы сократить время t, и тем самым позволить волне (зоне повышенного давления) попасть в открытый впускной клапан при высоких оборотах двигателя, необходимо сократить расстояние s (длина впускного тракта). Скорость перемещения волны не может быть изменена. Техническим решением, позволяющим уменьшить длину впускного тракта, могло бы послужить изменение геометрии впускного коллектора.

 

 

t=s/v

s = Длина каналов впускного коллектора, обеспечивающих волновое движение потока воздуха

t = Время

v = Скорость звука

 

Примечание:

Чем выше обороты двигателя, тем короче должна быть длина впускного тракта. Впускной тракт должен быть длинным (максимальный крутящий момент, «плоский участок» характеристики) при низких и средних оборотах двигателя. Впускной тракт должен быть коротким

(максимальный  крутящий момент, «плоский участок»  характеристики) при высоких оборотах  двигателя.

 

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

 

Динамические характеристики двигателя определяются в значительной степени его мощностью и крутящим моментом. Коэффициент наполнения цилиндра и геометрия системы всасывания играют при этом важную роль. Изменение геометрии впускного тракта требуется в основном для увеличения крутящего момента, чем для обеспечения высокой мощности.

Если выбирается компромиссное решение, подбирают среднюю длину впускного тракта при среднем поперечном сечении.

 

 

 

 

 

 

 

 

Оптимальное решение – впускной коллектор переменной геометрии.

 

Заслонки впускного коллектора с переменной геометрией управляются при помощи электромагнитных клапанов.

Переключение выполняется под действием разрежения.

 

Длина впускного коллектора, соответствующая максимальному крутящему моменту

 

Впускной тракт имеет минимальную длину, если заслонки впускного коллектора с переменной геометрией закрыты. Благодаря этому увеличивается крутящий момент в диапазоне оборотов двигателя от 780 до

4000 об/мин.

 

 

 

Внешние характеристики мощности и крутящего момента для случая, когда обе заслонки впускного коллектора с переменной геометрией закрыты на всем диапазоне оборотов двигателя.

 

P = Мощность

M = Крутящий момент

n = Обороты двигателя

 

Оптимальная мощность – длинный впускной тракт

 

При высоких оборотах двигателя на заполнение цилиндра отводится меньше времени. Впускной тракт должен быть более коротким. Заслонка 1 впускного коллектора открывается при 4000 об/мин.

Внешние характеристики мощности и крутящего момента для случая, когда заслонка 1 впускного коллектора с переменной геометрией открыта, а заслонка 2 закрыта во всем диапазоне оборотов двигателя.

 

P = Мощность

M = Крутящий момент

n = Обороты двигателя

 

 

 

 

 

 

Оптимальная мощность – короткий впускной тракт

 

Заслонка 2 впускного коллектора с переменной геометрией открывается при 4800

об/мин.

Внешние характеристики мощности и крутящего момента для случая, когда обе

заслонки впускного коллектора с переменной геометрией закрыты на всем диапазоне оборотов двигателя.

 

P = Мощность

M = Крутящий момент

n = Обороты двигателя

 

Выводы

 

По достижении определенных оборотов двигателя за счет удачно подобранной последовательности открытия заслонок впускного коллектора с переменной геометрией при любых оборотах двигателя можно получить максимальную мощность и максимальный крутящий момент.

 

Внешняя характеристика мощности

 

Заслонки впускного коллектора с переменной геометрией сохраняют свое положение до тех пор, пока мощность и крутящий момент остаются максимальными при соответствующих оборотах двигателя.  Внешняя характеристика мощности, соответствующая оптимальным значениям мощности,

строилась на основе трех (выделены разными цветами) выбранных диапазонов оборотов двигателя.

 

Внешняя характеристика крутящего момента

 

Заслонки впускного коллектора с переменной геометрией сохраняют свое положение до тех пор, пока мощность и крутящий момент остаются максимальными при соответствующей оборотах двигателя. Внешняя характеристика крутящего момента, соответствующая оптимальным значениям крутящего момента, строилась на основе трех (выделены разными цветами) выбранных диапазонов оборотов двигателя.